超大跨度钢筋混凝土框架结构裂缝控制研究_简廷新.pdf

Construction&DesignForProject工程建设与设计1引言随着社会经济的不断发展，超大、超长的大型建筑越来越多，由于现浇混凝土结构整体性更好，所以，这些大型建筑也会采用现浇钢筋混凝土结构。与此同时，许多超大跨度钢筋混凝土框架结构已经大大超过了关于伸缩缝设置的最大间距，给设计和施工都造成了一定的困难，容易产生质量和安全隐患，需要根据实际情况采取科学合理的设计和施工措施，保证超大跨度建筑结构的安全性和稳定性能够满足要求。2超大跨度钢筋混凝土框架结构裂缝控制2.1超大跨度钢筋混凝土框架结构裂缝类型严格意义上讲，超大跨度钢筋混凝土框架结构的定义并不明确，通常是根据伸缩缝设置的最大间距来判断。超大跨度钢筋混凝土框架结构裂缝的产生与许多因素有关，比如，混凝土收缩，承受荷载，温差变化，平面形状，等等。根据裂缝成因分析，可以分为荷载作用产生的裂缝和非直接荷载作用产生的裂缝，根据相关调查统计，由于荷载作用产生的裂缝仅占20%，而由于混凝土收缩、温度变化、不均匀沉降等变形产生的裂缝占比约为80%，前者的作用机理与普通混凝土结构基本一致，后者则大有不同，需要加强分析研究。混凝土收缩是材料本身具有的物理化学反应，主要包括自收缩、塑性收缩、干燥收缩、碳化收缩等。水泥种类、浇筑振捣、养护管理、外部环境等方面都会影响混凝土收缩效果，混凝土收缩变形会受到钢筋的约束，当产生的拉应力超过混凝土抗拉强度，就会产生结构裂缝。温度变化引起的裂缝也比较常见，主要季节、昼夜交替及恶劣天气温差过大导致的，除了自然气候变化，大体积混凝土凝结硬化过程会释放大量的水化热，使结构构件内外部温差较大，也容易产生表面裂缝。根据相关规范，可以将混凝土结构裂缝控制等级分为3级，即严格要求不出现裂缝的构件、一般要求不出现裂缝的构件、允许出现裂缝的构件。不同等级标准采用的裂缝控制措施也不同，在达到控制目的的同时，需要考虑经济上的合理性1。2.2超大跨度钢筋混凝土框架结构裂缝控制技术关于超大跨度刚劲混凝土框架结构裂缝控制技术的研究已经有了阶段性成果，无论是混凝土收缩还是温度变化产生的裂缝都是由于变形受约束导致的，因此，在考虑裂缝控制【作者简介】简廷新（1996），男，贵州玉屏人，助理工程师，从事项目设计技术管理研究。超大跨度钢筋混凝土框架结构裂缝控制研究Research on the Crack Control of Super-Span Reinforced Concrete Frame Structures简廷新，黄河，冯雁波，徐征（中建二局第一建筑工程有限公司，广东 深圳 518003）JIAN Ting-xin,HUANG He,FENG Yan-bo,XU Zheng(China Construction Second Engineering Bureau First Construction Engineering Co.Ltd.,Shenzhen 518003,China)【摘要】基于混凝土结构跨度越大，由混凝土收缩和温度变化产生的结构约束应力也就越大，混凝土结构越容易出现裂缝这一现象，论文结合实际工程对超大跨度钢筋混凝土框架结构裂缝控制进行研究，阐述超大跨度钢筋混凝土框架结构裂缝的类型，分析裂缝控制技术，通过优化裂缝控制方案，加强关键技术环节管理，达到裂缝控制的目的。【Abstract】Based on the phenomenon that the larger the span of the concrete structure,the greater the structural restraint stress caused bythe shrinkage of the concrete and the temperature change,and the more likely the concrete structure will crack,this paper takes the actualproject as an example,studies the crack control of super-span reinforced concrete frame structure,describes the crack types of super-spanreinforced concrete frame structures,analyzes the crack control technology,by optimizing the crack control scheme and strengthening themanagement of key technical links,the crack control can be achieved.【关键词】超大跨度钢筋混凝土框架结构；裂缝控制；结构施工；技术应用【Keywords】super-span reinforced concrete frame structure;crack control;structural construction;technical application【中图分类号】TU757；TU378.4【文献标志码】A【文章编号】1007-9467（2023）04-0206-03【DOI】10.13616/ki.gcjsysj.2023.04.063206时，需要从减少约束和抵抗约束两方面出发，前者通过相关措施减少混凝土收缩拉应力，后者通过相关措施增强结构抵抗变形的能力，通过实践证明，许多抗裂措施是有效的，但为了获得更好的效果，一般会将几种方法结合运用，遵循“抗放兼备，以抗为主”的基本原则。首先，在材料控制方面，提高混凝土材料自身抗裂能力、降低混凝土收缩值能够获得不错的裂缝控制效果，科学设计混凝土配合比，采用补偿收缩混凝土或者低收缩混凝土，使用掺加各种纤维的纤维混凝土。其次，运用预应力技术可以抵消混凝土收缩和温变产生的拉应力，施加预应力也是裂缝控制的有效手段，对于允许出现裂缝的混凝土结构，通过增加钢筋数量、优化钢筋配置，能够实现减少裂缝宽度和控制裂缝扩展的效果。再次，对于钢筋混凝土框架结构，在柱顶设置滑动支座，降低竖向构件侧向刚度，设置后浇带，都能获得不错的抗裂效果，这些都属于释放约束的相关措施。另外，控制混凝土养护质量，做好养护管理，保证混凝土能够在合适的环境中发育，尽可能减小收缩，达到设计要求强度，避免早期裂缝的产生2。3某建筑工程超大跨度钢筋混凝土框架结构裂缝控制措施3.1工程概况中创新航动力电池及储能系统江门基地项目一期四标段施工总承包工程位于江门市新会区司前镇，建设场地属于低山丘陵地貌，周边存在较大的地势起伏高差，项目占地面积169 000 m2，总建筑面积约189 000 m2，其中，集成厂M3栋建筑面积75 271.59 m2，其他小栋号建筑面积合计约113 750 m2，包括废水站T1、拆解试验室Y2、化学品库H3、固废站S1、构件库W4、降压站V1、成品库W2、成品库W3、化学品库H1、化学品库H2、动力站C1、原料库W1、NMP库房N1、门卫G3/G4等。该工程设计为钢筋混凝土框架结构，采用预应力混凝土管桩基础，建筑物抗震设防类别为丙类。在该项工程中，有一定数量的超长基地底板需要进行混凝土浇筑，在通常情况下需要设置后浇带，但过长的后浇带会对工程质量产生不小的损害，而且不利于工期控制，为了能够取消后浇带的设置，使结构裂缝通病得到有效控制，提高钢筋混凝土框架结构整体成型质量，采取了分段浇筑的施工方案。3.2裂缝控制方案留置后浇带是超大跨度钢筋混凝土框架结构常规施工方法，也是一种经济有效的裂缝控制措施。它充分利用了混凝土早期收缩量大的特点，使混凝土结构较为自由地完成部分收缩，从而减小后期混凝土收缩产生的拉应力，实现控制裂缝的目的。然而，后浇带施工质量、工期、成本难以把控，需要留置一定时间后再封闭，容易造成钢筋锈蚀、混凝土面清理困难等问题，形成结构受力薄弱部位，而且也不能解决后期收缩、环境变化产生的拉应力，需要与其他措施结合应用，才能获得不错的裂缝控制效果3。本项目综合考虑工期、成型质量、劳动力投入等因素，选用跳仓法代替留置后浇带。跳仓法是在材料、结构、设计、施工等多专业理论研究的基础上发展而来的，按照施工缝设计要求将整体结构分段，然后间隔浇筑混凝土，其控制裂缝的基本原理为“抗放兼施、先放后抗、以抗为主”，该方法与留置后浇带有一定的区别和联系。相对而言，跳仓法能够更好地控制超大跨度钢筋混凝土框架结构裂缝的产生，而且有利于结构防渗，将其代替后浇带能够减少模板及支撑体系材料的使用，施工等待时间较短，也免除了混凝土结合面的清理工作，因此，对施工质量、工期、成本等目标控制均十分有利。该裂缝控制技术是在分段施工、整体浇筑完毕后，使用特种高性能混凝土进行加强带施工，可以有效补偿混凝土温度应力，从而解决超大跨度结构连续施工所产生的温度应力导致的非结构缝问题，主要工艺流程包括划分施工区段、基层浇水湿润、接茬砂浆投放、分层浇筑混凝土、养护管理等。3.3关键技术措施3.3.1施工区域划分采用跳仓法进行超长基地底板混凝土施工，首先要将施工区域划分成若干小块，然后间隔施工。通常情况下，小块的宽度和长度均要控制在40 m之内，按设计要求绑扎钢筋，按品字形顺序浇筑混凝土，再按倒品字形顺序完成封仓。经过初期应力释放后，在后期收缩应力较小的阶段将若干小块连成整体，依靠混凝土抗拉强度抵抗下一阶段收缩应力。该裂缝控制技术充分利用了混凝土在510 d期间性能尚未稳定和没有彻底凝固前容易将内应力释放出来的“抗与放”特性原理，相邻两段间隔浇筑时间应该超过7 d，这样能够有效避免混凝土施工初期部分激烈温差及干燥作用，从而达到避免预留后浇带的目标4。本项目工程合理运用超长基地底板混凝土分段浇筑施工方法，将中创新航动力电池及储能系统江门基地项目一期四标段施工总承包的W2成品库地块底板划分为6个区域，W3成品库地块的底板分为7个区域，M3集成厂地块的底板分为Construction Technology工程施工技术207Construction&DesignForProject工程建设与设计14个区域，混凝土的浇筑按照施工方案分区分开浇筑。以W2施工区域为例，图1为施工区域划分及施工顺序图，W2-1、W2-5、W2-3为先浇区，W2-4、W2-2、W2-6为后浇区。混凝土浇筑点混凝土浇筑点混凝土浇筑点图 1W2 施工区域划分及施工顺序图3.3.2混凝土浇筑根据相关规范要求，在大体积混凝土施工时，每次浇筑厚度不大于50 cm，当超过50 cm时，可以采用分层浇筑法。底板混凝土浇筑遵循“一个坡度，分层浇筑，循序渐进，一次到顶”的原则，分层的厚度主要取决于混凝土供应能力、浇筑量大小、振动棒性能等，拟分层厚度为每层50 cm左右。本项目的W2地块、W3地块、M3地块底板混凝土厚度设计为40 cm，所以，为便于施工，底板面全部采取一次性浇筑达到设计厚度要求，在承台等厚度较大部位，需要采用斜面分层浇筑的方法施工，分层厚度控制在50 cm左右，按16的斜坡向前推进。为了保证振捣密实，混凝土振捣采用了插入式振捣棒，按照浇筑时形成的斜坡，共设置两道振捣点，第一道设置在混凝土卸料点，保证上部混凝土的振捣效果，第二道设置在混凝土坡脚处，保证下部混凝土振捣效果，遵循快插慢拔、均匀振捣、逐点移动的基本原则，采用行列式移动方式，移动间距不能超过有效振捣半径的1.5倍。图2为混凝土浇筑振捣示意图。图 2混凝土浇筑振捣示意图混凝土浇筑后，需要进行表面处理，按照标高控制线，使用刮杠刮平后，用木抹子压实抹面，并用铁滚子碾压数遍，最后使用混凝土抹光机收平，用木抹压实收光，做好养护管理，及时覆盖塑料布，防止混凝土表面失水开裂。对于超限量的大体积混凝土浇筑，在混凝土浇筑前，需用水准仪在模板上每隔500 mm划水平定位线，做好水平控制工作，控制混凝土分层浇筑的高度，浇筑时，应从低处开始，沿着长边方向自一端向另一端推进。